(山西现代双语南校高19班 山西省太原市 030031)
摘要：随着电力行业的高速发展和大容量、高参数发供电设备的普及，变电运行安全隐患及如何更好防范事故即成了人们最关心的问题。本文分析了变压器的分类和结构，进一步探讨了变压器的典型故障和处理方法。
关键词：变压器故障；处理方法；研究
1导言
从我国最近几年的供电系统故障看来，大部分的电路故障和供电问题都是由变压器故障引起，如果这些问题没有得到及时的解决，就有可能引起安全事故，从而影响人身和设备、电网安全。因此，如何处理变压器故障，成为了亟待解决的问题。。
2变压器的分类
由于变压器的应用范围十分广泛，因此它的种类很多，主要有以下几种。
(一)按用途分类
1、电力变压器：用来传输和分配电能，是所有变压器中用途最广、生产量最大的一种变压器。电力系统远距离输送一定的电功率，电压越低则电流越大，消耗在输电线路上的电阻损耗越大;若要减小输电线电阻以输送大电流，就要用大截面的输电线而消耗较多的导体材料。所以，为了减小输电线路上的电阻损耗和节约导体材料，目前电力系统的输电线路都采用高压输电。由于受到绝缘水平的限制，发电厂的同步发电机一般输出的额定电压为20kv(发电机额定。电压越高对发电机各部分的绝缘要求就越高)，而一般高压输电线路的额定电压为110kv、220kv、330kv、500kv、750kv，这就需要用升压变压器将电压升高后再送人输电线路;当电能经过高压输电线路传输到用电区后，必须用降压变压器把输电线路上的高电压降下来，才能供给我们一般情况下所使用的动力用电和照明用电。电力系统中存在许多变压器，通过这些变压器的作用产生了不同等级的电压从而能够满足不同的需要。
2、仪用变压器：包括电流互感器和电压互感器，在测量系统中使用。它们能够把大电流变换成小电流，或把高电压变换成低电压，从而隔离大电流或高电压以便于安全地进行测量工作。
3、自耦变压器：容量较大的异步电动机降压起动时常用自耦变压器实现降压。在实验室中，经常要使用自耦变压器，可以很方便地调节输出电压。
4、专用变压器：如电解用的整流变压器，焊接用的电焊变压器以及供无线电通信用的特殊变压器等。
(二)按相数分类
按相数分主要有两类：
1、单相变压器，用于单相交流电系统;
2、三相变压器，用于三相交流电系统。
(三)按结构分类
按结构分类主要有心式变压器和壳式变压器两类。
1、心式变压器：其结构特点是绕组包围铁心，电力变压器都采用心式结构。
2、壳式变压器：其结构特点是铁心包围绕组，电子设备中的小变压器一般采用这种结构。该结构的变压器机械强度高，铁心散热比较容易。
此外还有其他的分类方法。例如，按照绕组数目来区分，则有双绕组变压器、三绕组变压器等;按冷却方式来区分，则有干式变压器和油浸式变压器，油浸式变压器还可进一步分为油浸自冷、油浸风冷、油浸水冷、强迫油循环风冷或水冷等型式。虽然变压器的种类很多，但各种变压器运行时的基本物理过程及分析变压器运行性能的基本方法，大体上都是一样的。
二、变压器的结构简介：
变压器的基本结构部件是铁心和绕组，由它们组成变压器的器身。为了改善散热条件，大、中容量变压器的器身浸入盛满变压器油的封闭油箱中，各绕组与外电路的连接则经绝缘套管引出。为了使变压器安全可靠地运行，还设有储油柜、气体继电器和安全气道等附件。
(一)铁心
铁心既作为变压器的磁路;又作为变压器的机械骨架。为了提高导磁性能、减少交变磁通在铁心中引起的损耗，变压器的铁心都采用厚度为0.35-0.5mm的电工钢片叠装而成。电工钢片的两面涂有绝缘层，起绝缘作用。大容量变压器多采用高磁导率、低损耗的冷轧电工钢片。电力变压器的铁心一般都采用心式结构，其铁心可分为铁心柱(有绕组的部分)和铁轭(联接两个铁心柱的部分)两部分。绕组套装在铁心柱上，铁轭使铁心柱之间的磁路闭合。在铁心柱与铁轭组合成整个铁心时，多采用交叠式装配，使各层的接缝不在同一地点，这样能减少励磁电流，但缺点是装配复杂，费工费时。在一般变压器中，铁心柱截面采用外接圆的阶梯形。只有当变压器容量很小时才采用方形。交流磁通在铁心中会引起涡流损耗和磁滞损耗，使铁心发热。在大容量变压器的铁心中，往往设置油道。铁心浸在变压器油中，当油从油道中流过时，可将铁心中的热量带走。
(二)绕组
绕组是变压器的电路部分，用来传输电能，一般分为高压绕组和低压绕组。接在较高电压上的绕组称为高压绕组;接在较低电压上的绕组称为低压绕组。从能量的变换传递来说，接在电源上，从电源吸收电能的绕组称为原边绕组(又称一次绕组或初级绕组);与负载连接，给负载输送电能的绕组称副边绕组(又称二次绕组或次级绕组)。绕组一般是用绝缘的铜线绕制而成。高压绕组的匝数多、导线横截面小;低压绕组的匝数少、导线横截面大。为了保证变压器能够安全可靠的运行以及有足够的使用寿命，对绕组的电气性能、耐热性能和机械强度都有一定的要求。绕组是按照一定规律连接起来的若干个线圈的组合。根据高压绕组和低压绕组相互位置的不同，绕组结构型式可分为同心式和交叠式两种。同心式绕组是将高压绕组和低压绕组同心地套装在铁心柱上。为了绝缘方便，低压绕组紧靠着铁心，高压绕组则套装在低压绕组的外面，两个绕组之间留有油道。油道一是作为绕组间的绝缘间隙;二是作为散热通道，使油从油道中流过冷却绕组。在单相变压器中，高、低压绕组均分为两部分，分别套装在两铁心柱上，这两部分可以串联或并联;在三相变压器中属于同一相的高、低压绕组全部套装在同一铁心柱上。同心式绕组的结构简单、制造方便，心式变压器一般都采用这种结构。交叠式绕组是将高压绕组和低压绕组分成若干线饼，沿着铁心柱交替排列而构成。为了便于绝缘和散热，高压绕组与低压绕组之间留有油道并且在最上层和最下层靠近铁轭处安放低压绕组。交叠式绕组的机械强度高，引线方便，壳式变压器一般采用这种结构。
(三)油箱及附件
1、油箱：油箱就是油浸式变压器的外壳。变压器在运行中绕组和铁心会产生热量，为了迅速将热量散发到周围空气中去，可采用增加散热面积的方法。变压器油箱的结构型式主要有平板式、管式等。对容量较大的变压器，采用在油箱壁的外侧装有散热管的管式油箱来增加散热面积，当油受热膨胀时，箱内的热油上升到油箱的上部，经散热管冷却后的油下降到油箱的底部，形成自然循环，把热量散发到周围空气中。对大容量变压器，还可采用强迫冷却的方法，如用风扇吹冷变压器等以提高散热效果。变压器油由高、低压绕组套装在铁心上总称为器身，器身放在油箱中，油箱中充以变压器油。
2、变压器油：变压器油是一种矿物油，具有很好的绝缘性能。变压器油起两个作用：①在变压器绕组与绕组、绕组与铁心及油箱之间起绝缘作用，提高绕组的绝缘强度。因为油的绝缘性能比空气好。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆②变压器油受热后产生对流，对变压器铁心和绕组起散热作用，因为通过油受热后的对流作用，可以将绕组及铁心的热量带到油箱壁，再由油箱壁散发到空气中去。对变压器油的要求是：介质强度高;着火点高;粘度小;水分和杂质含量尽可能少。
3、储油柜：变压器油受热后要膨胀，因此油箱不能密封。为了减小油与空气的接触面积，变压器安装有储油柜。储油柜固定在油箱顶上并用管子与油箱直接连通，储油柜的上部有加油栓，可以向变压器内补油，油箱的下部有放油活门，可以排放变压器油。储油柜使油箱内部与外界空气隔绝，减少了油氧化及吸收水分的面积。储油柜内的油面高度被控制在一定范围内，当油受热膨胀时，一部分油被挤入储油柜中使油面升高，而油遇冷收缩时，这部分油再流回油箱使油面降低。储油柜的大小应能满足变压器在各种可能的运行温度下，油面的升降总是能保持在储油柜的范围内。储油柜的一侧有油位计，可查看油面高度的变化。另外，储油柜上还装有吸湿器，它是一种空气过滤装置，外部空气经过吸湿器干燥后才能进人储油柜，从而使油箱中的油不易变质损坏。
4、气体继电器(瓦斯继电器)：装在变压器的油箱和储油柜间的管道中，主要保护装置。内部有一个带有水银开关的浮筒和一块能带动水银开关的挡板。当变压器发生故障，产生的气体聚集在气体继电器上部，油面下降，浮筒下沉，接通水银开关而发出信号;当变压器发生严重故障，油流冲破挡板，挡板偏转时带动一套机构使另一水银开关接通，发出信号并跳闸，切除变压器的电源。
5、安全气道(防爆管)：大容量变压器的油箱盖上还装有安全气道，它是一个长的钢筒，下面与油箱相通，上端装有防爆膜。当变压器内部发生严重故障产生大量气体时，油箱内部压力迅速升高而冲破安全气道上的防爆膜，喷出气体，消除压力，以免产生重大事故。
6、分接开关：在电力系统，为了使变压器的输出电压控制在允许变化的范围内，变压器的原边绕组匝数要求在一定范围内调节，因而原绕组一般备有抽头，称为分接头。利用开关与不同接头连接，可改变原绕组的匝数，达到调节电压的目的。分接开关分为有载调压分接开关和无载调压分接开关。
7、绝缘套管：装在变压器的油箱盖上作用是把线圈引线端头从油箱中引出，并使引线与油箱绝缘。电压低于1KV采用瓷质绝缘套管，电压在10-35KV采用充气或充油套管，电压高于110KV采用电容式套管。
8、测温装置：监测变压器的油面温度。小型的油浸式变压器用水银温度计，较大的变压器用压力式温度计。
3变压器常见故障及处理
3.1变压器轻瓦斯动作
若发生变压器轻瓦斯动作，专业人员应该在最短时间内进行检查工作，并对保护动作信号和调度作好记录。同时密切监控变压器的各项参数及冷却器的即时情况，并且应该有专业人员仔细检查变压器外部结构。若发现变压器非正常运转，应立即向上级报告相关情况，请求暂停故障变压器的使用。若未发现外部结构异常，应该检查二次回路是否正常并做出相应的情况汇报，再由相关技术操作人员进行深入检查和变压器的维修。
3.2变压器重瓦斯动作
变压器发生重瓦斯保护动作后，专业人员应对继电保护动作情况进行检查，记录各项参数指标，并报告调度。如果是单一变压器运行，就应该立即启用备用变压器，如若不是单一变压器而是几台变压器并列运行，就应该检查运行变压器是否超负荷运转，同时通知相关工作人员到现场检查变压器的外部是否变形，并检查油位高度、油色等指标是否正常。对基本状况检查过后，将各项参数检查结果报告调度。之后进行进一步分析和二次检查。
3.3变压器差动保护动作的处理
变压器差动保护是对变压器各个位置与电流互感器之间的连接进行保护检查。保护动作后检查变压器是否完整，差动保护范围内的瓷瓶是否正常运转。如果变压器差动保护范围内的设备经检测无故障发生，对继电保护部分和其他部分是否故障进行检查，重点注意直流回路的接触状况。如果以上几个步骤的检查都显示没有异常现象，切断电源后再试一次，不成功不能再试。如果继电器保护部分或回路部分再次出现故障情况，则应该退出变压器差动保护的运行，给变压器接电，重复进行故障处理。在这个步骤中，有一点需要特别注意：如果出现差动保护动作和重瓦斯保护动作同时发生的情况，必须先进行变压器内部结构的检查，检查结束后进行工作试验，再开始运行变压器。
3.4变压器后备保护相关措施
（1）检查相关指标参数并进行记录，与标准参数比照，确定具体问题以及故障区域,检查相关区域内保护动作的发生情况。（2）检查并确认损坏部位线路的分路开关。（3）检查相应分路上发生了保护动作的部位，并断开相应部位的线路开关。（4）对损坏线路和变压器总开关进行检测，确定是否发生异常状况。（5）对相应的受损线路连接的线管设备进行故障排除和工作检测，确定其是否发生异常状况。（6）对检测出来的故障部位进行标记和故障分析，对其他接受故障排除监测的部位与相关设备进行工作恢复。（7）对相应故障部位采取分离措施，开始恢复维修工作。（8）将整理检查结果的记录情况，对其进行保存和上报。
3.5有载调压开关调压操作时发生滑档现象的处理办法有载调压开关调压发生滑档时，具体表现现象有：档位指示指针不断晃动、发生波动性变化，35kV电压表和10kV电压表指针连续摆动、数据不稳定。出现以上现象值班操作员应立即按下“紧急分闸”按钮，断开电源。
3.6调压时输出电压不变化现象的检测和处理方法
（1）若电压数值不发生大幅改变，指示灯是亮的，开关档位也不变时，就属于电动机非工作的情况。这种情况常见于检测维修步骤完成之后。原因一般是检修人员未装好或未安装水平涡轮上的连接设备；另一种可能的原因是调压操作进行的过于频繁，导致传动部位的连接出现失常现象，对于这种原因造成的电压不变化现象，检查并做好连接工作，就可以恢复变压器的正常运转状态。（2）对于在调压过程中，变压器的输出电压在数值和变化等方面都显示正常，然而指示灯不亮，并且分接开关不发生变档指示的情况，其最可能的原因就是操作电源出现故障或发生了控制回路断路。处理方法：如果接触器工作运转情况均属正常，但是电动机运转情况不正常，那么发生问题的部位就可能是接触器或者电动机。这时就要对电动机接线端的具体电压数值进行测量和比照分析，如果显示不在正常范围内，那么就可以判断故障原因为接触器接触不良，或者是机器需要进行润滑工作。（3）如果在操作过程中出现指示灯亮起、但变压器的输出电压属于正常数值范围、同时开关变动出现提示讯息的现象，那就说明发生问题的是相关操作部位。这种情况下要绝对注意的一点是：绝对不能对设备进行再次调压。否则就会烧坏相应部位的选择开关，导致变压器的大部分损毁。处理方法：迅速采取手动操作的调整方法，将机构先恢复到原来的档位上；并将有关情况进行记录与汇报，根据上级的指示进行维修工作。另外注意调压装置内部的工作声音是否正常，若有异常声音，应及时采取退出运行模式的方法，对故障变压器进行相关检修操作。如果检测结果显示无异常问题，就应该对工作所用油样进行分析和检测，发现进一步的问题。
3.7油的温和油的色不正常
变压器内出现故障时，多数情况下油的颜色都不正常，所以一旦发现油色不正常的现象就应该引起重视。如果发现在各项参数指标都属于正常范围的前提下，仍出现温度高出正常范围10摄氏度以上的情况、或者是负载不变但温度不断上升的情况，则可以确定是变压器内部出现故障，这种问题发生的主要原因包括以下几点：（1）涡流或夹紧铁芯的螺栓绝缘层受到损坏（导致油温上升）。（2）绕组部位的一小部分线路发生短路、内部连接点非正常运转、分线路上有大电阻短路等情况，均会使变压器温度升温过快。（3）周围环境温度高，运载力低，排热风扇和输油泵故障，风扇不能正常通电，散热器管倒内有堵塞物导致不能冷却设备，或者散热器没有正常工作、渗漏油（导致油量下降，不足以满足正常工作）等等方面的原因，都会使变压器升温，超过正常水平限度。（4）若油色发生明显的大幅度变化，应对问题油料进行采样分析，若检测出油内成分异常，闪电降低，引起油不绝缘，这样的情况容易造成油箱破裂，此时应及时停用相应油料。
3.8主变压器着火现象分析及其处理方法
（1）如果在变压器运行过程中发现主变压器发生着火现象，应该由相关工作人员立即断开开关，通知相关负责领导和其他工作人员进行保护措施与报警灭火。（2）灭火时应保持心理状态的沉着与冷静，正确操作和使用灭火器。首先使用35kg推车式干粉灭火器，同时用其他型号的干粉灭火器进行辅助灭火。（3）如果火势较大且着火点处于上方位置，应立即放油，将油位放至低于火灾发生高度。（4）在火势较为难以控制的情况下，可以考虑迅速用沙子进行灭火。（5）严禁用水灭火。（6）灭火工作完成之后，要对相关失火情况和灭火情况进行仔细记录和汇报。
参考文献:
[1]傅凯.电力运行中变压器故障及保护探究[J].科技与企业,2015,(13):191.
[2]赵健.变压器常见故障的处理方法及日常维修[J].黑龙江科学,2015,6(01):59+61.
论文作者:刘士恺
论文发表刊物:《电力设备》2017年第25期
论文发表时间:2017/12/20
标签：变压器论文; 绕组论文; 铁心论文; 油箱论文; 储油论文; 电压论文; 发生论文; 《电力设备》2017年第25期论文;